Mod Lisation Des Coulements Confin S Entre Un Stator Et Un Rotor Ultra Rapide
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Modélisation des écoulements confinés entre un stator et un rotor ultra-rapide
Le projet e-MECA : electro-Mécanique Embarquée à Compacité Améliorée, dont l'objectif est de concevoir une machine ultra compacte et ultra rapide à une puissance utile de 12Kw, trouve son application dans les véhicules mild et full hybrides. Ce type de machine présente en effet un fort potentiel de déploiement industriel en très grandes séries à des prix abordables. Pour ces machines, les pertes de charge liées aux écoulements dans le jeu constituent des enjeux essentiels pour les constructeurs. La présente étude porte sur le moyen d'identifier de ces pertes des machines électriques ultra-compactes et ultra-rapides (50 000 rpm).Cette thèse a pour objet l'étude des pertes aérauliques dans l'espace entre le rotor et le stator d'une machine électrique ultra-rapide (≈ 250 m/s) et ultra-compacte (0,5mm - 2mm d'entrefer), en cherchant à répondre aux spécifications élaborées par nos partenaires dans le cadre du projet e-MECA.
Etude expérimentale des structures d'écoulement dans l'espace rotor-stator d'un moteur électrique rapide de type ouvert
NOTRE ETUDE A POUR OBJECTIF DE MIEUX CARACTERISER L'ECOULEMENT DANS L'ENTREFER DES MOTEURS ELECTRIQUES RAPIDES DE TYPE OUVERT. CECI AFIN D'AMELIORER LE REFROIDISSEMENT DE CES MOTEURS EN OPTIMISANT LES ECHANGES THERMIQUES PAR CONVECTION FORCEE. LA CONNAISSANCE DE DONNEES PHYSIQUES (CONDITIONS AUX LIMITES ET PARAMETRES A PRIORI MAL CONNUS), OBTENUES EXPERIMENTALEMENT EST INDISPENSABLE AU DEVELOPPEMENT ET LA MISE EN UVRE DE CALCULS PERMETTANT LA MODELISATION DE L'ECOULEMENT DANS CETTE GEOMETRIE PARTICULIERE (ENTREFER ENCOCHE). NOS ESSAIS ONT CONSISTE EN DES VISUALISATIONS ET DES MESURES DE VITESSES. LA METHODE DE MESURE UTILISE L'ANEMOMETRIE LASER TANDIS QUE LES VISUALISATIONS S'EFFECTUENT PAR TOMOGRAPHIE LASER OU PAR ECLAIRAGE CLASSIQUE AU MOYEN DE SPOT HALOGENE PUISSANT. DEUX SERIES D'ESSAIS ONT ETE EFFECTUEES: L'UNE CORRESPONDANT A UN ECOULEMENT DE ROTATION SANS DEBIT AXIAL, PERMET DE FAIRE APPARAITRE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT. EN EFFET, ON S'EST ATTACHE A INDIQUER LES MODIFICATIONS RESULTANT DE LA PRESENCE DES ENCOCHES PAR RAPPORT AU PROBLEME ANALOGUE DE COUETTE-TAYLOR ENTRE CYLINDRES LISSES. L'AUTRE AVEC ROTATION ET DEBIT AXIAL A POUR BUT D'OBTENIR EN PREMIERES APPROCHES LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT DANS DES CONDITIONS QUI SE RAPPROCHENT DE CELLES D'UN MOTEUR REEL DE TYPE OUVERT. LES EVOLUTIONS DES GRANDEURS INSTATIONNAIRES (VITESSES MOYENNES, FLUCTUATIONS MOYENNES) ONT ETE DETERMINEES EN DIVERSES SECTIONS PUIS INTERPRETEES. UNE ESTIMATION DU DEBIT D'ENCOCHE A ETE EFFECTUEE AFIN DE PERMETTRE D'EVALUER LE ROLE DE L'ENCOCHE DANS LE TRANSFERT DE MASSE DONT DEPENDENT LES ECHANGES CONVECTIFS. UNE CONFRONTATION DE NOS RESULTATS AVEC CEUX DE LA MODELISATION A PERMIS D'ESTIMER ET D'ORIENTER LE CODE DE CALCUL MIS AU POINT POUR ETUDIER L'ECOULEMENT ET LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS CETTE GENERATION DE MOTEURS
SIMULATIONS NUMERIQUES D'ECOULEMENTS TRANSITIONNELS ET TURBULENTS DANS DES CONFIGURATIONS DE TYPE ROTOR-STATOR
CE TRAVAIL DE THESE PORTE SUR L'ETUDE NUMERIQUE DES ECOULEMENTS TRANSITIONNELS ET TURBULENTS DANS UNE CAVITE CONFINEE FORMEE DE DEUX DISQUES COAXIAUX DONT L'UN EST EN ROTATION UNIFORME AUTOUR DE SON AXE DE REVOLUTION (ROTOR), ET L'AUTRE STATIONNAIRE (STATOR). LES SIMULATIONS NUMERIQUES SONT EFFECTUEES SOUS L'HYPOTHESE D'AXISYMETRIE DE L'ECOULEMENT INSTANTANE. ON UTILISE ALORS UN CODE DE CALCUL PARALLELISE INTEGRANT UNE DECOMPOSITION DE DOMAINE. PLUSIEURS CARACTERISTIQUES DES ECOULEMENTS ENTRE DEUX DISQUES TOURNANTS SONT REPRODUITES : EXISTENCE DE COUCHES LIMITES SUR LES DEUX DISQUES TOURNANTS, SEPAREES PAR UN REGION CENTRALE DE L'ECOULEMENT EN ROTATION MOYENNE UNIFORME, CARACTERE PLUS INSTABLE DE LA COUCHE LIMITE LIEE AU DISQUE FIXE. L'EXISTENCE D'UN REGIME D'ONDES INERTIELLES A EGALEMENT ETE MIS EN EVIDENCE DANS LE CUR DE LA CAVITE LORSQUE L'ECOULEMENT EST TURBULENT DANS LA COUCHE LIMITE LIEE AU DISQUE FIXE. L'ETUDE DES EQUATIONS DE TRANSPORT DES TENSIONS DE REYNOLDS MONTRE QUE LA ROTATION MODIFIE LES DISTRIBUTIONS SPATIALES DE CERTAINS TERMES INTERVENANT DANS LES BILANS ASSOCIES A CES EQUATIONS. ILS METTENT EGALEMENT EN EVIDENCE LES LIMITATIONS DE L'HYPOTHESE D'AXISYMETRIE QUI MODIFIE ALORS DES CARACTERISTIQUES INTRINSEQUES DE LA TURBULENCE. DES SIMULATIONS NUMERIQUES TRIDIMENSIONNELLES AVEC UN CODE DE CALCUL PARALLELISE SONT ALORS EFFECTUEES POUR LE REGIME D'ECOULEMENT LAMINAIRE INSTATIONNAIRE. CES PREMIERES SIMULATIONS ONT MONTRE QUE L'HYPOTHESE D'AXISYMETRIE STABILISAIT L'ECOULEMENT. ENFIN, LES RESULTATS DE SIMULATION NUMERIQUE SONT CONFRONTES A DES RESULTATS FOURNIS PAR UNE MODELISATION DE LA TURBULENCE DE TYPE K - ET DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. LES DEUX METHODOLOGIES NUMERIQUES FOURNISSENT DES RESULTATS RELATIVEMENT PROCHES CONCERNANT LES DISTRIBUTIONS DE VITESSE MOYENNE.